一对一:Jeffrey城堡

半导体工程坐下来谈论基因组学,DNA测序和半导体技术和杰弗瑞城堡,部门主任基因组科学国家人类基因组研究所(NHGRI)。NHGRI是27个学院和中心,美国国立卫生研究院(NIH)在美国。

SE: NHGRI参与多个项目,包括1000美元的基因组测序技术的发展计划。据我所知,DNA测序仪是一个实验室系统,确定准确的DNA碱基序列。一套完整的DNA被称为基因组。这个1000美元的项目背后的主要思想是什么?

城堡:当我们开始的时候,基因组测序成本在1000万美元到5000万美元。所以我们有这个疯狂的想法:我们可以把许多数量级的降低成本?

SE:一个公司,Illumina公司,声称它已经打破了1000美元cost-per-genome障碍。这个行业真的实现了1000美元的目标了吗?

城堡:我们非常接近,但我不认为我们有。我们一直支持我们称之为大规模测序中心。他们在大约4000美元每基因组如果算上所有的成本。这仍然是令人震惊的,当你考虑到测序从1000万美元大约10或11年前到今天的4000美元。

SE:怎么可以有人声称他们正在做一项1000美元的基因组?

城堡:你可以说,如果你不计算摊销的机器,和你不计算电力和劳动力成本,以及一些生物信息学的基础设施成本。如果你把这些东西,我们最好的估计的成本是4000美元。如果你不计数所有的费用,然后你就可以明显状态任何你想要的价格。

SE: DNA测序的成本趋势是什么?

城堡:路径都是向下的。但你会发现有一些平。在当时的成本急剧下降,所以,有多种技术。和有很多的竞争。但这已经定居下来一点。我们现在在一个阶段的成本是平的地方,因为有更少的竞争领域。

SE: NHGRI提供了资助,大学和企业开发新技术,使1000美元的基因组,对吧?

城堡:这是一个的事情作为一个联邦机构,我们一直在努力推动。这是能力有更多的竞争。我们支持早期的研究。然后,当然,公司支持技术的商业化,这是相当昂贵的。然后他们让它在市场上或他们不。

SE:你怎么推导出1000美元在你的计划?

城堡:没什么特别的神奇这1000美元的目标。的确,医生经常成像测试成本接近或数量。关键是如果有医疗测试返回的有用信息,成本约为1000美元,医生会为患者,通过保险补偿。这是我们的节目背后的思想之一。如果你可以在这个范围内让成本降下来,会有情况下当你想使用医学DNA测序。

SE: DNA测序工作吗?

城堡:这对诊断的确定性领先。它有时也导致治疗选项。这更多的是我们所说的孟德尔疾病。这就是一个基因的DNA序列是不同的蛋白质编码区。它实际上改变蛋白质和导致疾病。但对于一些,很难找出哪些基因有小瑕疵。人们会经历一系列的基因测试基于医生是最好的猜测。如果你可以缩小它,你有时能告诉什么是错的,它可以给你一些想法可能的治疗方法。

SE:在未来,医生对患者外显子组测序。那是什么?

城堡:这是测序外显或蛋白质编码区,附近的基因组,加上DNA蛋白质编码区域。这是整个基因组的5%左右。你可以现在的人均500美元到600美元。对于病人来说,它的工作原理,它很丰富。但它只适用在大约25%的患者。我们不知道为什么它不工作的其他病人。一个明显的猜测是,问题不是在基因组的5%。它在基因组驻留在其他地方。但现在最大的障碍。外面更难解释基因组序列的外显。 That’s one of the reasons it’s not done routinely.

SE:我们能从Illumina公司的新HiSeq X 10系统?

城堡:这是一个广告在1000美元,或者每个基因组不到1000美元。因为这是可用的和成本正在降低,将会有大量更多的全基因组测序,将在明年完成。这是我们需要学习如何解释的数据全基因组序列。

SE:大量的实体提供基因测试。DNA测序吗?

城堡:有不同类型的测试,被称为基因组测试。他们中的一些人实际上不是测序本身。例如,您可以给一个数组很短的DNA片段。有成千上万的这些序列在这个数组。这是一个不同的过程被称为杂交。基本上,它所做的工作之间寻找一个匹配的DNA序列和未知样品。这是病人的DNA样本。有几十万不同位置在这个数组。如果你得到一个在一个特定的位置,然后你知道病人序列。你可以用它来评估人类基因组中常用的方差。 Those kinds of variances have been associated with particular diseases. So that’s what a company called 23andMe is doing.

SE:我们什么时候会到达1000美元的基因组?

城堡:我怀疑我们将在未来两到三年。

SE: DNA测序的更大的挑战是什么?

城堡:有很多的挑战在序列的分析。你是产生数以百万计的短的读取。我们的意思是基地长约100到200个核苷酸。因此,在电脑里,你必须把它们在一起。一般来说,你将它们映射到参考基因组。但有几个问题。首先,参考基因组,我们就没有那么好。他们是很好,但不是很好。但是我们正在开发更好的。

SE:其他问题你看到什么?

城堡在人类基因组中重复序列。这是限制解释基因组序列信息的能力。

SE:半导体技术适应DNA测序吗?

城堡:如果你谈论的是半导体技术提高计算结束,我不确定它会解决这个问题。我们谈论的是半导体技术解决数据收集,或实际的排序是如何实现的。

SE: DNA测序仪基于纳米孔技术也正在出现。这是如何工作的呢?

城堡:为此,没有聚合酶分子。这实际上只是一个电子读出DNA穿过孔。

纳米孔的SE:接下来是什么?

城堡:牛津纳米孔和其他组织正在取代蛋白纳米孔的下一步nano-fabricated硬质材料。这可能是几百的数组,或者一千年,甚至一万年,纳米孔。这些是2纳米半导体材料的纳米孔。

SE: NHGRI资助其他未来的DNA测序技术,对吧?

城堡:在同行评审小组当我们评估拨款申请,你有状态的人:“这个东西没有办法工作。它颠覆物理。事实证明,很多这些事情做的工作。但事实是我们不知道在这些尺度物理很好。例如,很多的建模与半导体不涉及水、盐水或分子。所以的人在发展中一个测序技术是发明建模方法来预测如何设计一个设备或一个场效应晶体管。

SE:为什么对石墨烯的兴趣?

城堡:当你试图钻一个通过氮化硅之类的纳米孔,该材料具有一定的厚度。和通常10 nm厚甚至更多。在DNA分子,DNA核苷酸只是一个纳米的间距。所以如果你要读一个信号,和你的纳米孔的长度是几个核苷酸,可以消除你的能力得到一个信号从单个核苷酸。因此石墨烯很薄,这是可能的,你只会有一个单核苷酸在孔隙内。这是其中一个原因为什么人们看石墨烯。电场,事实证明,是一个更复杂。